DE19529700A1 - Drehflügler mit rotierenden Tragflügeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehflügler mit um die Querachse rotierenden Tragflügeln.

Bekannte Drehflügler haben Tragflügel (Rotorblätter), die um Hochachse rotieren. Die unterschiedlichen Anströmungsgeschwindigkeiten über der Blattlänge bewirken eine Begrenzung der Fluggeschwindigkeit durch die hohen Blattspitzengeschwindigkeiten und eine geringe Ausnutzung des Rotorinnenbereiches sowie eine Anstellwinkelbegrenzung am vorlaufenden Blatt, einen hohen induzierten Widerstand und eine hohe Lärmbelastung durch die starken Randwirbel. Desweiteren muß ein Drehmomentausgleich durch ein Heckrotorsystem erfolgen bzw. ein aufwendiges Rotorsystem (Koaxial oder Reaktionsantrieb) eingesetzt werden. Der Schnellflug und der Gleitflug nach einen Triebwerksausfall (Autorotation) sowie der Einsatz eines Pilotenrettungssystems ist problematisch.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehflügler so auszubilden, daß Hubschrauberflugeigenschaften (Schwebeflug, senkrechtes Starten und Landen) möglich sind aber die gleiche Anströmungs­ geschwindigkeit über der gesamten Länge eines Blattes besteht, damit beim Vorwärtsflug die Effektivität von Flächenflugzeugen erreichbar wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Drehflügler mit rotierenden Tragflügeln gelöst.

In Fig. 1 bis Fig. 4 sind einige grundsätzliche Betriebszustände des Tragflügelsystems dargestellt. Der resultierende Anströmungsgeschwindigkeitsvektor 4, der sich aus der Fluggeschwindigkeit und der Tangentialgeschwindigkeit der Blätter zusammensetzt, ist eingezeichnet. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig. 5 bis Fig. 8 dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein auftrieberzeugendes Tragflügelsystem im Schwebeflug,

Fig. 2 zeigt ein auftrieb- und vorschuberzeugendes Tragflügelsystem im Schwebeflug,

Fig. 3 zeigt ein auftrieberzeugendes Tragflügelsystem im Vorwärtsflug,

Fig. 4 zeigt ein auftrieb- und vorschuberzeugendes Tragflügelsystem im Vorwärtsflug,

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen einen Rotationsflügler mit außen laufenden Tragflügelsystemen,

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen einen Rotationsflügler mit innenlaufenden Tragflügelsystemen.

Ein erfindungsgemäßer Drehflügler besteht aus mehreren um die Querachse rotierenden Tragflügeln 1, die an den Enden so gelagert sind, daß die Einstellwinkel veränderbar sind. Die Einstellwinkel der Rotorblätter des linken und des rechten Tragflügelsystems sind über je einen Ansteuerungspunkt gekoppelt. Die Ansteuerungspunkte sind feststehende zur Rotationsachse versetzte Punkte, die eine zyklische Blattverstellung bewirken. Jede feste Position des Ansteuerungspunktes entspricht einem bestimmten Auftrieb und Vorschub des Tragflügelsystems. Über den Abstand des Ansteuerungspunktes 2 von der Rotationsachse 3 des Tragflügelsystems wird die Größe des Auftriebs bzw. des Vorschubs eingestellt (kollektive Blattverstellung). Die unabhängigen Einstellwinkeländerungen des linken und des rechten Tragflügelsystems ermöglichen die Steuerung des Fluggerätes um die Längs- und Hochachse.

Im Vorwärtsflug existiert ebenfalls ein vor- und ein zurücklaufendes Blatt, aber die Anströmungs­ geschwindigkeiten sind über die gesamten Spannweite konstant und bei vier Blättern ist der Gesamtauftrieb und der Gesamtvorschub während einer Umdrehung konstant. Die Randwirbel, d. h. der induzierte Widerstand und die Lärmbelastungen, können zusätzlich durch die Verwendung von Endscheiben reduziert werden. Der Ausgleich des Drehmomentes erfolgt bei einem unter der Rotationsachse liegenden Schwerpunkt einfach über die Gewichtskraft. Schwingungen des Rumpfes bei Änderungen des Drehmomentes können mit aerodynamischen Leitflächen minimiert werden.

Im Schwebeflug liefern bei symmetrischen Blattprofilen die vor- und zurücklaufenden Blätter den gleichen Auftrieb. Die auf- und abwärtslaufenden Blätter werden im Schwebeflug auf Nullauftrieb (minimaler Widerstand) eingestellt und können für den Vorwärtsflug den Vorschub aufgrund der großen Blattlänge und der geringen Verwirbelung der Strömung sehr effektiv erzeugen. Die Rotations­ geschwindigkeit kann im Schnellflug so stark reduziert werden, daß das zurücklaufende Blatt auch in Flugrichtung angeströmt wird.

Die Zentrifugalkräfte können direkt durch die Verstrebungen 5 zwischen den Tragflächenhauptholmen abgeleitet werden. Die Achse des Tragflügelsystems kann wie der Hauptholm einer Tragfläche durch den Rumpf geführt werden und hat dann nur die üblichen Biegebelastungen durch Auftrieb und Gewichtskraft aufzunehmen.

Bei innenlaufenden Tragflügelsystemen können Pilotenrettungssysteme genutzt werden. Außenlaufende Tragflügelsysteme ermöglichen dagegen ein Minimum an Strukturgewicht und Widerstand.

Der Rotationsradius sollte möglichst groß sein, denn im Schwebeflug ist nach dem Impulssatz die durchströmte Fläche von entscheidender Bedeutung. Ab einer bestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit ist aber nach der Tragflügeltheorie die beeinflußte Luftmasse von der Spannweite anhängig, somit sollten um die Querachse rotierende Tragflügelsysteme hier effizienter arbeiten als um die Hochachse drehende Rotorsysteme.

Claims (3)

1. Drehflügler dadurch gekennzeichnet, daß Auftrieb und Schub durch mehrere um die Querachse des Fluggerätes rotierende Tragflügel (1) erzeugt werden und die Einstellwinkel der rotierenden Tragflügel durch die Verschiebung eines linken und eines rechten Ansteuerungspunktes (2) verändert werden.

2. Drehflügler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Blattverstellung durch die zur Rotationsachse (3) versetzte Position der Ansteuerungspunkte (2) über die Verschiebung der Ansteuerungspunkte auf der Hochachse (Auftrieb) und auf der Längsachse (Schub) verändert werden kann.

3. Drehflügler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Blattverstellung durch die zur Rotationsachse (3) versetzte Position der Ansteuerungspunkte (2) über die Verschiebung der Ansteuerungspunkte auf Kreisbahnen verändert werden kann, wobei bei einer Veränderung des Radius eine kollektive Blattverstellung erfolgt.